Исследование и разработка кольцевых зондов для геофизических исследований скважин в процессе бурения

Директивами ХХУ1 съездаКПСС намечено дальнейшее развитие нефтяной и газовой промышленности. В частности, предусмотрено повышение темпов поисково-разведочных работ на нефть и газ.

Особенно остро этот вопрос стоит в регионах и областях, где практически ресурсы углеводородов на малых глубинах исчерпаны и дальнейшие перспективы связываются с более глубо-козалегагощими продуктивными объектами. Так, глубина эксплуатируемых объектов на морских месторождениях Азербайджана колеблется в среднем от А-700 м до 5500 м, в то же время поисково-разведочные скважины достигают глубины 6500 и более метров.

В связи с увеличением глубин бурения наблюдается снижение эффективности промыслово-геофизических исследований в решении основной задачи — выделение коллекторов в разрезе скважины и прогнозной оценки характера их насыщения. Одной из причин указанного является сложность выполнения полного комплекса промыслово-геофизических исследований в глубоких скважинах. Анализ материалов, проведенный при подсчете запасов нефти и газа на морском месторождении Сангачалы-море-Дуванный-море-о.Булла показал, что обязательный комплекс промыслово-геофизических исследований, утвержденный Мингаз-промом СССР от 4ДП-1980 г., выполнен только в скважинах, составляющих Ц% общего количества. Не лучше обстоят дела и на других морских месторождениях Азербайджана.

Своевременное же проведение полного комплекса геофизических исследований является важнейшим условием получения не только достоверной геолого-геофизической информации о геологическом разрезе, но и необходимым условием эффективной разработки месторождения.

На глубоких морских скважинах часто нарушаются оптимальные сроки исследования перспективных интервалов. Геофизические исследования в нефтяных и газовых скважинах производятся в промежутках времени с момента вскрытия перспективных интервалов от нескольких до 30−50 суток.

Вообще, в большинстве районов страны исследования в течение рекомендуемых 5 суток с момента вскрытия пласта производятся лишь в 10−30^ скважин. В течение первых 10 суток исследуется не более половины скважин. Еще более затягивается время исследования глубоких скважин.

Для перечисленных геолого-технических условий большую помощь может оказать проведение исследований в процессе бурения приборами на бурильных трубах. Проведение геофизических исследований в процессе бурения сразу же после вскрытия пласта — коллектора позволит повысить информативность и эффективность методов геофизики, и наконец, рбеспечить выполнение полного комплекса промыслово-геофизических исследований в глубоких скважинах, в том числе осложненных и наклонных, Распределение полного комплекса между каротажем в процессе бурения и исследованиями на кабеле позволит не только повысить эффективность указанных работ, но и сократить простои скважин под геофизическими исследованиями.

Длительное освоение глубоких скважин приводит к неблагоприятным условиям вскрытия коллекторов: большим перепадам давления в системе скважина-пласт (гидравлическое давление столба промывочной жидкости больше пластового давления), глубокому проникновению фильтрата промывочной жидкости в пласт. В результате этого перепада давлений образуется значительная промытая зона с заглинизированными порами, снижающая информативность геофизических методов настолько, что эту потерю в дальнейшем нельзя восполнить никакими методическими приемами. Осложняется интерпретация результатов геофизических исследований (1ИС) и получение притока из пласта. В отдельных глубоких скважинах, даже при принятии специальных мер (гидроразрыв пласта, кислотная обработка и т. д.) не удается вызвать притока пластового флюида. В итоге, увеличивается число «сухих» скважин, и, славное, возникает предпосылка для неправильных выводов и рекомендаций о направлении дальнейшей разведки месторождения.

Для предотвращения образования промытой зоны давно уже разработан оптимальный реяим вскрытия продуктивного пластарежим балансных: давлений, при которому^^уО. Однако этот режим вскрытия пласта практически не применяется при разведочном бурении, так как из-за технологических трудностей бурение в этом режиме экономически невыгодно и требует принятия специальных противоаварийных мер. Поэтому бурение в этом режиме практически может проводиться только на небольшом интервале скважины, в связи с этим перед промысловой геофизикой была поставлена новая задача — прогнозирование нефтегазоносного пласта до его вскрытия скважиной, чтобы осуществить перевод режима бурения с обычного на оптимальный для вскрытия коллектора.

С увеличением глубин разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ все чаще в разрезе скважины встречаются пласты с аномально высоким пластовым давлением АВПД. Несвоевременное выявление таких зон приводит к авариям (прихватам бурильного инструмента, выбросам, смятиям обсадной колонны).

Наконец, с увеличением глубин разведочного и эксплуатационного бурения возрастает число осложнений и аварий, связанных с несвоевременным обнаружением интервалов поглощения фильтрата промывочной жидкости в пласт и несвоевременным контролем технического состояния скважин.

Поскольку на буровой часто приходится решать одновременно все перечисленные задачи или большинство из них за рубежом началось внедрение комплексных систем исследования скважин в процессе бурения, получивших название «систем ТКД» (Тотал Контрол Дриллинг)/-система комплексного контроля или система КДК (Компъютеризед Дриллинг Контрол) — система компъю-тизированного контроля бурения.

В соответствии с заданием 0.20.3 Целевой комплексной научно-технической программы ОЦ. ОЮ, утвержденной ГКНТ и Госпланом СССР постановлением от 12.12.80 г. №^73/2⁹ организациями Мингео СССР и Минприбора проводится разработка системы «Прогноз» для геофизико-геохимических исследований и геолого-технического контроля скважин в процессе бурения. Система «Прогноз» состоит из геохимической, технологической и геофизической подсистем.

Одной из основных подсистем комплекса «Прогноз» является подсистема измерения забойных геофизических и технологических параметров с каналом связи «забой-устье» и с консервацией результатов измерений в АСП. Вопросы каротажа в процессе бурения исследованы достаточно полно. Однако, один из основных вопросов электрического каротажа в процессе бурения практически остался вне поля зрения исследователей, это вопрос теории кольцевых зондов, применяемых при каротаже в процессе бурения, без которой невозможна разработка методического и интерпретационного обеспечения комплекса «Прогноз» и самостоятельных систем каротажа б процессе бурения, в частности.

Целью работы является разработка теоретических основ геофизических исследований скважин кольцевыми зондами, методических требований к параметрам зондов и палеток для обработки результатов измерения.

Основные задачи исследования включают:

— исследование потенциала поля, создаваемого кольцевым электродом в зависимости от параметров среды;

— определение параметров кольцевого зонда на трубе;

— расчет и построение палеток для интерпретации данных, получаемых кольцевыми зондами;

— анализ палеток, уточнение комплекса БКЗ кольцевыми зондами;

— практическое опробование палеток и методики интерпретации.

Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что:

— разработана теория кольцевых зондов с конечными размерами электродов в двухслойной и трехслойной изотропных средах;

— исследована зависимость потенциала поля от параметров кольцевого токового электрода, расстояния до измерительного электрода и точки приложения тока к кольцевому токовому электроду конечных размеров;

— исследовано поле, создаваемое металлическими массами разного размера на разном расстоянии от зонда. Определено влияние второго токового электрода и металлических масс разных размеров на потенциал, создаваемый токовым электродом каротажного зонда;

— рассчитаны и построены палетки для интерпретации диаграмм кольцевых зондов.

Практическая ценность. Рассчитанные и разработанные палетки кольцевых зондов позволяют определить значение истинного сопротивления пластов и характер насыщения пластового флюида.

На базе исследования поля кольцевого электрода и металлических масс выработаны рекомендации по разработке зондов с конечными размерами электродов.

На базе исследования палеточных кривых даются рекомендации об оптимальных комплексах кольцевых зондов при каротаже на бурильных трубах, обладающих достаточной информативностью для оценки истинного сопротивления пласта в реальных геолого-технических условиях проведения ШС.

Изданы «Методические указания по интерпретации данных электрического каротажа в процессе бурения» .

Реализация результатов работы.

Разработанные методика и рекомендации по выбору параметров кольцевых зондов были положены в основу создания макетов скважинных приборов ЮжВНИИГеофизики, приборов АПК-1 с кольцевым зондом А0,9М0,2/У, созданного Киевским СКБ Министерства Геологии УССР и выпущенного опытно-методической серией, а также приняты за основу при изготовлении зонда электрического каротажа автономной аппаратуры для исследования сверхглубоких скважин типа АГАТ-Ю (зонд А2МО, 5/У), комплекса зондов для многоканальных автономных приборов, входящих в аппаратуру автоматизированной информационно-измерительной системы геофизических, геохимических и технологических исследований в процессе бурения «Прогноз» (АГЙС-З), разрабатываемой НПО «Нефтегеофизика» по заданию 1КНТ и Госплана СССР.

Рекомендации по выбору параметров кольцевых зондов были положены в основу при разработке четырехзондовой системы для исследования скважин при электробурении Харьковским СКТБ, которая прошла Государственные испытания.

В работе автором защищаются следующие научные положения:

1. Потенциал поля кольцевого электрода зависит от его диаметра, длины положения на изолированном корпусе, точки приложения тока и расположения второго токового электрода.

2. Интерпретацию данных, полученных кольцевыми зондами, необходимо проводить по специально разработанным палеткам, учитывающим конечные размеры электродов, длину изоляционного покрытия трубы-зонда и расположение второго токового электрода В.

3. При исследовании скважин по методике БКЗ комплект кольцевых зондов должен быть изменен по сравнению с комплексом зондов с точечными электродами из-за разницы в конфигурации палеточных кривых.

Апробация работ. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 1У (1974; г.) научно-технической конференции геофизиков Азербайджана, У (1973 г.) научно-технической конференции молодых геофизиков Украины, П (197% г.) научно-технической конференции молодых геофизиков Азербайджана, У1 научно-технической конференции геофизиков Азербайджана (1982 г.).

Основное содержание работы опубликовано в 8 работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав и заключения, содержит страниц, в том числе текст.

Выводы.

1. Диаграммы ЭК зондами о точечными и кольцевыми электродами хорошо сопоставляются. Причем, границы пластов по диаграммам кольцевых зондов более четкие, чем по диаграммам ЭК зондами с точечными электродами.

2. Большой диаметр кольцевых зондов приводит к уменьшению влияния скважины. Показания малых зондов, а, следовательно, и левая ветвь зондирования кольцевыми зондами значительно выше, чем для зондов с точечными электродами,.

3. Значения КС, для одного и того же пласта, снятые по диаграммам БКЗ КЗ и БКЗ (КСП) существенно различны. Поэтому для интерпретации диаграмм кольцевых зондов необходимо пользоваться специальными палетками.

4. В непроницаемых, пластах определение истинного удельного сопротивления можно произвести по измеренному одним кольцевым зондом КС, яспраьяенному за влияние скважины по палеточ-ной кривой ^ /у^ = У (у? ?^) для данного зонда.

5. Для исследования скважин по методике БКЗ кольцевые зонды должны быть длиной А0=0,25 — 4 м.

6. Погрешность определения истинного удельного сопротивления по БКЗ КЗ в мощных пластах низкого и среднего сопротивления не превышает 10−20%. Погрешность значительно возрастает для мощных пластов при больших значениях ^ /Д. По-видимому, применение БКЗ КЗ нецелесообразно при Д, > 250 для мощных пластов. В пластах высокого сопротивления кольцевыми зондами занижено.

7. Каротаж в процессе бурения позволит проводить временные исследования для контроля изменения физических свойств пластов в процессе формирования зоны проникновения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе получены следующие основные результаты.

1. Разработана теория кольцевых зондов с конечными размерами кольцевых электродов, которая позволила: а) определить оптимальные размеры токового электрода (длина, диаметр кольца, координаты точки приложения тока, степень. утопленности электрода в изолированном корпусе зонда) — б) определить оптимальную длину изоляционного покрытия трубы-зондав) построить палетки кольцевых зондов.

2. Предложены кольцевые зонды двух типов: а) «удлиненные», у которых длина изоляционного покрытия практически исключает влияние металла труб на результаты измеренияб) «укороченные» — зонды с заданной и учитываемой погрешностью измерения.

3. Рекомендован оптимальный комплекс кольцевых зондов для исследования скважин по методике БКЗ: а) для низкоомных разрезов четыре зонда с АО от 0,25 до.

2мб) для высокоомных разрезов с >100 — с АО от 0,5 м.

Рс до Ь м.

Получены исходные данные и сформулированы технические требования для разработки кольцевых зондов, которые использованы: а) в макетах автономных приборов, разработанных ЮжВНИИ-Гвофивикойб) в автономном приборе АПК-1, выпущенном опытно-методической серией отдельным конструкторским бюро Геофизического приборостроения Министерства Геологии УССРв) в многоканальном автономном приборе каротажа в процессе бурения АПКЦ, входящем в систему «Прогноз», разрабатываемой НПО «Нефтегеофизика» по заданию 02.03. Целевой комплексной программы О.Ц.ОЮ, утвержденной ГКН СССР и Госпланом СССР постановлением № 473/249 от 12.12.80 г.- г) в автономном приборе для исследования сверхглубоких скважин АГАТ-Юд) в четырехзондовой установке аппаратуры СТЭГСП, разработанной Специальным проектно-конструкторским и технологическим бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти. Всесоюзного научно-производственного объединения «Потенциал» (СКТБПЭ ВНПО «Потенциал» г. Харьков), Государственные испытания которой проводились Стрыйской ЭГИС треста «Укргеофизразведка» Министерства геологии УССР на скважине 357-РГ площади Долина.

5. На материалах скважинных опробований разработанных методов и палеток кольцевых зондов каротажа в процессе бурения показана их эффективность для решения геологических задач.